Análisis de la Influencia del Paralelismo en la Fiabilidad del Ensayo Brasileño con Discos de Caras Horizontales
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Resumen
Uno de los principales inconvenientes del ensayo brasileño convencional para determinar la resistencia a tracción indirecta de materiales frágiles es la influencia de la longitud del contacto en el estado de tensiones generado tanto en el centro de la muestra como en el punto inicial de la fractura. Para abordar esta fuente de incertidumbre, se ha propuesto el ensayo brasileño de caras horizontales, en el que se fija previamente la longitud total de contacto, con el objetivo de determinar la resistencia a tracción indirecta de rocas y hormigón. De acuerdo con sus creadores, las caras del disco garantizan que la distribución de la carga en la zona de contacto con la prensa es uniforme y con esto se minimiza el riesgo de fallo prematuro del disco. En este artículo se analiza la influencia del paralelismo de las caras horizontales en el éxito del ensayo brasileño mediante simulaciones con elementos finitos y ensayos experimentales. Para determinar la zona de inicio del fallo, se ha utilizado la técnica de correlación digital de imágenes. Además, se ha comprobado la distribución de la carga entre la máquina de ensayos universal y las caras planas del disco mediante el uso de láminas de presión. Estas láminas encapsulan un líquido coloreado que tiñe la superficie de la lámina cuando se aplica sobre ella una determinada carga, sin que el líquido escape de la lámina. Las zonas con una presión análoga tendrán una intensidad de teñido similar, mientras que las zonas con distinta intensidad indican que la presión en ellas es diferente. Los resultados del estudio sugieren que la validez del ensayo brasileño con discos de caras horizontales está fuertemente influenciada por la tolerancia de paralelismo. Las tolerancias requeridas para el éxito del ensayo son muy difíciles de conseguir en la práctica. Se demuestra que incluso utilizando platos autoalineables el fallo del disco no se origina en el centro, por tanto, su validez no está garantizada.
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Citas
ASTM D3967-16, “Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens”, ASTM International, West Conshohocken, PA (2016).
Ulusay R., Hudson J. (eds), The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974-2006, ISRM Turkish National Group and the ISRM, Ankara, Turkey (2007).
UNE 22950-2:2003, “Mechanical properties of rocks. Strength determination tests. Part 2: Traction strength. Indirect determination (Brazilian test)”, UNE, Madrid (2003).
ASTM C496/C496M-17, “Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens”, ASTM International, West Conshohocken, PA (2017).
UNE-EN 12390-6 2024, “Testing hardened concrete. Part 6: Tensile splitting. Strength of test specimens”, UNE, Madrid (2024).
Lin H., Xiong W., Xiong Z., Gong F., “Three-dimensional effects in a flattened Brazilian disk test”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 74, 10–14 (2015).
Lin H., Xiong W., Yan Q., “Modified formula for the tensile strength as obtained by the flattened Brazilian disk test”, Rock Mechanics and Rock Engineering 49, 1579–1586 (2016).
García V.J., Márquez C.O., Zúñiga-Suárez A.R., et al., “Brazilian Test of Concrete Specimens Subjected to Different Loading Geometries: Review and New Insights”, International Journal of Concrete Structures and Materials 11, 343–363 (2017).
Erarslan N., Liang Z.Z., Williams D.J., “Experimental and numerical studies on determination of indirect tensile strength of rocks”, Rock Mechanics and Rock Engineering 45, 739–751 (2012).
Li D., Wong L.N.Y., “The Brazilian disc test for rock mechanics applications: Review and new insights”, Rock Mechanics and Rock Engineering 46, 269–287 (2013).
Komurlu E., Kesimal A., Demir S., “Experimental and numerical study on determination of indirect (splitting) tensile strength of rocks under various load apparatus”, Canadian Geotechnical Journal 53, 360–372 (2016).
Garcia-Fernandez C.C., Gonzalez-Nicieza C., Alvarez-Fernandez M.I., Gutierrez-Moizant R.A., “Analytical and experimental study of failure onset during a Brazilian test”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 103, 254–265 (2018).
Gutiérrez-Moizant R., Ramírez-Berasategui M., Sánchez-Sanz S., Santos-Cuadros S., “Experimental verification of the boundary conditions in the success of the Brazilian test with loading arcs. An uncertainty approach using concrete disks”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 132, 104380 (2020).
Wang Q.Z., Jia X.M., Kou S.Q., et al., “The flattened Brazilian disc specimen used for testing elastic modulus, tensile strength and fracture toughness of brittle rocks: Analytical and numerical results”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 41, 245–253 (2004).
Griffith A.A., “The Phenomena of Rupture and Flow in Solids”, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 221, 582–593 (1921).
Keles C., Tutluoglu L., “Investigation of proper specimen geometry for mode I fracture toughness testing with flattened Brazilian disc method”, International Journal of Fracture 169, 61–75 (2011).
Pourya K., Mehrnoosh H., “Numerical and experimental studies on the effect of loading angle on the validity of flattened Brazilian disc test”, Journal of Geology and Mining Research 8, 1–12 (2016).
Mazel V., Guerard S., Croquelois B., et al., “Reevaluation of the diametral compression test for tablets using the flattened disc geometry”, International Journal of Pharmaceutics 513, 669–677 (2016).
Stirling R.A., Simpson D.J., Davie C.T., “The application of digital image correlation to Brazilian testing of sandstone”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 60, 1–11 (2013).
Yan Z., Dai F., Liu Y., et al., “New insights into the fracture mechanism of flattened Brazilian disc specimen using digital image correlation”, Engineering Fracture Mechanics 252, 107810 (2021).
Zhiyu Q., Zhiqing L., Lei L., et al., “Study on the tensile characteristics of Brazilian split in remolded loess based on resistivity and DIC techniques”, Environmental Earth Sciences 83, 11690-3 (2024).
Zhang H., Nath F., Parrikar P.N., Mokhtari M., “Analyzing the validity of Brazilian testing using digital image correlation and numerical simulation techniques”, Energies (Basel) 13, 1441 (2020).
Zhiyu Q., Zhiqing L., Lei L., et al., “Study on the tensile characteristics of Brazilian split in remolded loess based on resistivity and DIC techniques”, Environmental Earth Sciences 83, 11690-3 (2024).
Sgambitterra E., Lamuta C., Candamano S., Pagnotta L., “Brazilian disk test and digital image correlation: a methodology for the mechanical characterization of brittle materials”, Materials and Structures/Materiaux et Constructions 51, 1145-8 (2018).
Pallett P.F., Gorst N.J., Clark L.A., J.W.S., “Friction in Temporary Works”, Journal of Engineering (2003).
Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM), “Evaluation of measurement data: Guide to the expression of uncertainty in measurement”, JCGM 100:2008, Geneva (2008).
Blaber J., Adair B., Antoniou A., “Ncorr: Open-Source 2D Digital Image Correlation Matlab Software”, Experimental Mechanics 55, 1105–1122 (2015).
Fazzini M., Mistou S., Dalverny O., Robert L., “Study of image characteristics on digital image correlation error assessment”, Optics and Lasers in Engineering 48(3), 335–339 (2010).
Guerrero-Miguel D.J., Álvarez-Fernández M.I., Ramírez-Berasategui M., Prendes-Gero M.B., González-Nicieza C., “Influence of Platen Stiffness on the Contact Stress Distribution in the Standardized Uniaxial Compression Test”, Mathematics 12(13), 1943 (2024).